用科技提升自身价值，用创新跟上时代节奏

文 / 叶震涛 邱亚楠

用科技提升自身价值，用创新跟上时代节奏

文 / 叶震涛 邱亚楠

编者按：自行车是人类为了方便代步而创造的，随着时间的推移，自行车又细分出了很多品种，如山地车、城市车、折叠车等，而近年最让人惊喜的莫过于上世纪末出现的电动自行车，它将自行车的变革推向一个崭新的高度。随着科技高速发展，电动自行车的研发和制造犹如插上了腾飞的翅膀。本文介绍了在科技创新的时代，电动自行车产品升级、发展的情况，为我们全方位了解电动自行车提供了依据。

市场需求带来功能升级

自行车从它诞生至今已有200年的历史，随着人类文明历史的发展和科技创新水平日新月异，自行车也在不断进化和发展。出现于上个世纪末的电动自行车则是自行车革命的产物。从1995年电动自行车产业第二次热潮来临，中国电动自行车产业至今已经走过了近20年的历程，电动自行车的保有量也已经达到2亿。科技的不断创新，让电动自行车行业在追求更好的舒适性、更强的动力性、更高的安全性和更靓的外观的道路上越走越宽，引领产业持续发展。

1 电动自行车产品从无到有

30年前，随着城市的扩张和农村经济的发展，人们通行距离不断增加，自行车已经不能满足长距离出行的需要，于是一种在自行车上加装动力的环保自行车——电动自行车应运而生。

1985年上海自行车二厂开发的永久牌DX-130型产品，成为在中国销售的第一款电动自行车，掀起了我国电动自行车的第一次热潮。它采用150 W直流柱式电机、24 V铅酸蓄电池，至1991年共生产了4.5万辆。

1995年，南京天地国际集团在国内率先推出 “大陆鸽”牌电动自行车。该车型外形尺寸1 740 mm×600 mm×1 100 mm，采用180 W印制绕组有刷电机、24 V铅酸电池。以这一类型产品为代表的电动自行车，一经推出，就以其操作简单、骑乘方便、噪音低等优点，受到广大消费者的青睐，迎来了电动自行车产业的发展。产业规模由此迅速壮大，并形成电动自行车产业的第二次热潮，直至今日。

2004年，无锡安久自动车有限公司开发了踏板式电动自行车——“天使一代”，中国电动自行车也从简易型向豪华型发展跨出历史性的一步。踏板式电动自行车以其小轮径、低重心、长续行里程等特点，深受广大消费者喜爱，成为市场主流产品，到2015年该类型产品已成为市场的主流。

回顾电动自行车近10年的演变，电动自行车技术创新也经历了一个“爆炸式”的提升阶段——续行里程增加、电池寿命延长、电机效率提高、爬坡能力提升等等，其表现的特征是：技术创新日趋活跃，技术成果不断涌现。

电动自行车的核心电气部件，随着新材料、新技术的不断涌现，铅酸电池完成了从“启动型电池”——“小型阀控密封蓄电池”——“铅锑镉、外化成电动助力车用密封蓄电池” ——“无镉、内化成电动助力车用密封蓄电池”的演进，锂离子电池完成了从“钴酸锂”——“三元”、“锰酸锂”、“磷酸铁锂”的演进，电池容量更大、环境适应性更好、更加环保；电机也完成从“普通绕组直流电机”——“印制绕组电机”——“有刷电机”——“无刷电机”——“无霍尔技术”的创新演变，电机效率从70%递升到85%。

作为电机控制技术，市场较为流行的技术是“双传感自适应”技术和“矢量控制”技术。2005年无锡鼎天电子有限公司推出无霍尔技术，通过电动势判断转子位置；东南大学无锡研究院（东大蓝鸟）在此基础上升级为双传感自适应，三模自适应技术（当电机的1～3个霍尔损坏时，控制器自动转入缺霍尔或无霍尔运行状态），解决半途抛锚的困扰。2010年无锡市凌翔电气驱动技术有限公司推出矢量控制技术，该技术分别控制电机的励磁电流和转矩电流的幅值和相位，能有效降低齿槽转矩脉动和谐波转矩脉动，电机效率超过85%。

大中型企业也主动投入到科技创新领域中，带头推动产业技术发展。近期推出的技术有：新日的平衡控制技术，根据电池容量与放电倍率的关系，调整输出电流，达到最佳的动力输出，延长电池寿命；雅迪的GTR宽频动力技术，采用了电子芯片实时跟踪电动自行车运行状态，电流随速度同步变化，减少输出损耗，提高运行效率；雅迪的宽频脉冲充电技术，在160 V～280 V电压范围内可充电，通过脉冲式快速充电放电，防止极板硫化，减缓电池失水硫化，充电时间缩短2 h；绿源的双模技术，可根据行驶工况（爬坡行驶、平路行驶）自动调整控制模式，适应不同工况对整车动力的需求。

此外，电动自行车行业正朝着智能化方向发展，各大企业纷纷推出智能化产品，将互联网融入传统产业，如：雅迪云管端物联网、绿源动态车联网、台铃云电动车、比德文iEV智能系统。其中新日提出了6大核心智能化操作系统：动力系统智能化、操控系统智能化、人机界面智能化、防盗系统智能化、安全系统智能化、衍伸系统智能化等，并在此基础上推出米酷智能化产品。现在电动自行车产品智能化技术已从2014年之前的偏重于动力、安防等独立的领域研究，逐渐向系统化发展。

2 产品制造不断创新

制造技术创新及应用，是社会经济得以发展的重要因素之一，因此各国纷纷制定“制造战略”，如美国的“先进制造业国家战略计划”、德国的“工业4.0”、中国的“中国制造2025”。电动自行车产品出生于“第三次科技革命”时代，信息技术、新能源技术、新材料技术的不断发展，让电动自行车产品制造技术也有了更多的发展空间。在电动自行车领域，从产品的设计、生产和管理，企业引进更先进的技术、模式。

建模仿真日趋智能

建模与仿真应用于产品设计、生产及供应链管理的整个产品生命周期；通过建模仿真减少支出、降低风险，缩短新产品进入市场的时间。Pro/Engineer、SolidWorks设计软件已广泛应用于整车及其结构件的建模；快速成型技术也已普遍应用于电动自行车塑件设计和研发， 3D打印技术开始服务于电动自行车及其零部件设计。2011年无锡市东大龙芯电子技术有限公司应用3D打印技术辅助设计控制器外形，结构由铝型材升级到铝铸件，虽然设计周期有所延长，但控制器的散热设计、性能指标得到再次提升，并提供了更多的个性化设计方案。

3D打印技术辅助设计控制器外形

智能装备广泛应用

近年来，工业机器人应用领域不断拓宽，功能越来越强。电动自行车制造领域也在逐步引入这种先进技术。2010年，爱玛采用同步悬挂输送线配送，辆车生产时间由90 s降至45 s；雅迪在生产流水线上已采用焊接机器人、无人运送物料车等智能装备。这些技术的应用保证了产品品质，降低了人为误操作，提高了工作效率。

供应链管理高效

电动自行车行业引入企业资源计划（ERP系统），该系统以信息技术为载体，围绕企业所拥有的人、财、物、信息等资源进行综合平衡和优化管理；它对于改善企业业务流程、提高企业竞争力具有显著作用。结合精益管理、导入无线电频率识别技术（RFID）等信息技术，供应链立足于经销商，使得管理更具效率，降低了库存量，缩短了客户订单的时间，提升了生产效率。立马公司已规划信息化大物联生产物料立体配送系统，将在2018年投入使用。

3 产品检测手段日趋完善

随着以GB 17761-1999《电动自行车通用技术条件》为核心的电动自行车产品标准体系的建立，使企业产品质量有据可依，并加速推动产品质量提高。现在无论从检测数据还是消费者反馈来看，结构件强度方面质量问题已大大减少，电动自行车产品的实用性得到消费者认可，电动自行车产业由此进入快速发展的轨道。广大消费者对产品的安全性、舒适性、使用性能和可靠性提出了更高的要求， “风险监测”、“特色检测”、“云检测”也悄然兴起，逐步成为推动产业提质、升级的新型检测手段。

风险监测

2013年起，国家质检总局及部分地方质监局已基于消费者反馈的质量问题，参考类似产品或出口产品要求，对电动自行车产品实施风险监测。国家轻型电动车及电池质检中心（CEVT）及相关检验机构根据国家质检总局对涉及交通安全、电气安全的指标进行监测，项目有制动性能、淋涉性能（雨淋和涉水性能）、电磁兼容性能等。国家质检总局近期也将根据监测情况，给被监测企业发风险告知书，向社会发布风险警示；以维护消费者的安全，并期望引起企业警觉，主动提高产品质量。

特色检测

目前，常规检测已不能满足企业的需求，为体现其技术优势，越来越多的企业选择“个性化测试”、“高端测评”等特色检测方式，用专业机构的检测数据支撑产品技术特色，如雅迪的“一路向北，征服极寒”测试。特色检测的核心是基于用户体验。对于消费者来说，靠评测数据和结论，可以更快速、方便地了解电动自行车产品的各方面表现，选择自己心仪的产品；对于电动自行车企业来说，无需广告吹嘘，产品完全可以依靠评测数据说话，树立优质产品品牌。2015年，国家轻型电动车及电池质检中心自创了电动两轮车产品评价细则，自成“高端测评”评级体系，在细节上分为安全性、实用性、动力性、特性等4大项，细化分解到具体技术指标约40余项。

云检测

如今移动网络的普及、物联网技术的发展、云计算（大数据）技术的推广、行业的转型升级，给产品检测技术带来新的机遇。这项检测创新主要依托于互联网：以采集电动自行车关键参数为基础，通过移动网络+物联网+云计算（大数据）等多种技术的有机结合，实现电动自行车静态检测到过程检测和数据挖掘的转变。该项技术可获取最新最快的技术数据，为产品深度开发提供技术支撑。目前，无锡锐祺物联网技术有限公司、江苏泰比特科技有限公司、江苏中科龙源网络科技有限公司等公司立足于消费者与车之间互联，开发了局部检测/诊断参数，成为云检测技术的探索者；国家轻型电动车及电池质检中心（CEVT）也在积极尝试“互联网+检测”，构建“电动车智能检测云服务系统”，以更好服务产业发展。

云检测示意图

4 产品服务体现个性化、智能化

在产品不断升级的同时，根据消费者量身定制的智能化服务系统出现了，这种服务更让电动自行车产品的进化走在时代的前列，成为受现代消费者喜爱的产品。一是个性化定制。产品可以根据消费者的个人喜好，打造彰显其个性魅力的专属出行工具，形成鲜明的特色。二是智能服务。制造商通过嵌入式软件、无线连接和在线服务的启用，整合成新的“智能”服务业模式，使消费者获得产品“体验”。消费者根据需要，可通过APP软件，迅速联系就近服务网点。例如：“雅迪”基于“互联网+”的思维打造“智美终端”；比德文建立“社区”和车友平台，形成用户圈。

吸收科技营养,哺育产品成长

与自行车不同，电动自行车增加了动力系统和控制系统，而这些系统的运用需要以科技发展为基础。试想，如果100年前或者50年前就出现了电动自行车，那肯定不会是现在的样子，因为那时没有电脑，因为那时的电池体积比现在大得多……

吸收当今科技成就的营养，电动自行车的也变得越来越现代化，越来越时尚。

1 动力电池高能化，使产品越做越精

锂电池技术

2003年江苏星恒电源有限公司推出锰酸锂电池，应用在电动自行车上。其后国内又涌现出磷酸铁锂、三元锂（镍、钴、锰）等系列锂电池。

锂电池技术优点在于质量（重量）轻、储能大、功率大、无污染、寿命长、自放电系数小、无记忆性。锂电技术应用于电动自行车，是产业升级的理性选择。

目前锂电池技术尚有缺陷，近10年一直在缓步发展。但世界上也涌现出各种锂电池新技术，这些技术将引导锂电池向高能化发展。

纳米碳管锂电极：麻省理工学院研发出一种纳米碳管阴极材料，这种材料可以储存和释放更多的正离子，能量密度和电流量是现有锂电池的数倍。

铜制纳米磷酸铁锂电池正极材料：科罗拉多州立大学用极细的铜导线取代了多孔和导电石墨电极，铜质导线材料对热度不敏感，储能量比现有锂电池上使用的石墨高、充放电性能也更好。

锂空气电池：IBM公司研发出锂空气电池，使用碳电极，离子与氧反应能不消耗电解质介质，采用这种电池可以极大地提高续驶里程。

石墨烯锂电池：石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。美国俄亥俄州Nanotek仪器公司利用锂离子可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出一种新型储能设备，可以将充电时间从数小时缩短到一分钟之内。

新型电池技术

纳米电池：由美国马里兰大学开发研制，仅需12 min即可完全充满，较目前长达数小时的充电周期大幅缩短。这种电池使用了一种名叫纳米孔的结构来存储电解质，在纳米管电极之间运送电荷。一个邮票大小的电池中便可塞入数百万个这种纳米孔单元。

超级电容器：在很小的体积下达到法拉级的电容量，循环寿命长，可大电流充放电，过充过放对其寿命影响甚微。然而超级电容器技术目前还尚未成熟，使用不当也容易引起电解质泄漏。

氢氧燃料电池：通过氢气、氧气的化学作用，直接产生电能，能量转化效率达到60%以上，比内燃机高近一倍，最终产物是无污染的水。燃料电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点。目前氢燃料电池的安全性和使用寿命能得到保证，更换便利性也已解决，产业化的主要问题是经济性成本。

2 部件成型多元化，使生产流程更加科学

一体成型车架

一体成型工艺在手机、数码相机、汽车设计等领域都有着广泛应用。雅迪拥有“一种具有一体成型的电池盒的电动车车架”专利，将原有车架的电池盒焊接结构改成一体冲压成型结构，使得电池盒没有焊接或者安装节点。

法国工业设计师Francois Baptista把一体成型工艺引入到电动自行车设计中，下图这款电动自行车以质轻、结实、易冲压的铝板为主体框架。铝制车架内置锂电池，整体采用一体成型工艺制造，组装和拆卸都更加简单。

一体成型运用于产品制造

3D打印技术

这是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。美国亚利桑那州Local Motors公司通过3D打印技术，在为期6天的2014年国际制造技术展览会上制造出了全球首款3D打印电动汽车Strati。该公司已经利用类似方法制造出摩托车、电动滑板以及其他车辆。随着技术不断成熟，未来也将会出现通过3D打印技术制造的电动自行车。

未来可用3D打印技术制造电动自行车

3 新材料为产品升级助力

越来越多的高科技复合材料及高强度轻合金材料应用于电动自行车。在成功应用铝合金材料的同时，采用镁合金、碳纤维等轻质高强度材料，将增加车身强度，减轻整车质量（重量），使电动自行车的性能和制造工艺发生革命性的变化。

镁合金材料

目前已在轮毂、曲柄等产品开发上得到应用。镁合金密度小、强度高、弹性模量大、减震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，已广泛用于航空、航天、运输等行业。

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料强度高、弹性好、密度轻、耐腐蚀，其优异性能被认为是适合电动自行车产品的。2014年，苏州达方精密工业有限公司采用碳纤维复合材料制作车架，推出新款电动自行车LX1（见下图）。

用碳纤维复合材料制作车架

4 模块化让组装变得简单

电动自行车将由若干个模块组成，消费者根据需要选择不同功能模块，甚至根据说明书，就可以自行组装。目前电脑已实现模块化，手机也有模块化方案，汽车开始向模块化发展。传统生产模式下，汽车需要装配超过2万个汽车零部件，而采用模块化部件，只需要约2 000个零部件，大大提高了生产效率。5 智能化带来无限空间

电动自行车智能化是指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、产品技术、智能控制技术汇集而成，针对电动自行车管理、使用和通信的应用。因此，电动自行车智能化趋势可概括为两个方面：管理智能化、行驶智能化。

管理智能化主要包括物联网、APP（第三方应用程序）应用、故障自诊断等。

物联网

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。物联网技术在电动自行车上的应用，解决了车-路、车-人之间的互联互通，主要功能体现在：

①智能防盗：为日常出行的市民提供车辆防盗、导航、定位、保养提醒等功能，让出行变得更舒心。

②公共管理：为市政公共管理部门提供车辆的位置管理，为未来市政公共电动自行车网点提供车辆位置状况。

2013年8月，雅迪科技集团、无锡泰比特与江苏移动签署战略合作协议，推动物联网在电动自行车上应用。2014年5月，台铃推出了云防盗电动自行车——在电动自行车上内置传感器模块，通过无线网络，适时上报车辆的安全状态、位置、速度信息，基本覆盖智能防盗和公共管理这两大功能。

云防盗电动自行车工作原理图

目前，基于物联网的“电动自行车公共定位服务系列标准”正在制定中；出于消费者对于电动自行车防盗的迫切需求，物联网在电动自行车上的应用将成为必然的趋势。

APP应用

APP作为一种通讯终端控制软件，未来在电动自行车上的应用主要有充电控制、行程安排、智能售后等。

① 充电控制：APP程序软件会显示车辆现在的状态所剩电量；如电量不足，可以选择充电，那么软件将指引您前往最近的充电站。

② 行程安排：行驶在路上，软件会显示已行驶的里程、剩余电量、导航图等；用户还可以查看行程的详细信息，如总时间、距离、行驶时间、停车时间、充电时间。如果使用者正在计划一个电动自行车自驾游，根据以上信息，就可以决定旅途的下一个站点，避免了旅途中车辆没电的尴尬局面。

③ 智能售后与维修：通过APP软件，用户可以及时与电动自行车售后、维修人员取得联系，解答电动自行车使用的疑惑，甚至在电动自行车出现故障时要求维修人员对其进行紧急救援。

另外，还可以通过APP客户终端实现对电动自行车遥控，远程进行电动自行车的调节功率、扭矩、断电、充电等操作。

故障自诊断

故障自诊断技术在汽车上早已实现，未来也必将在电动自行车上应用。通过故障诊断电脑的操作系统和电动自行车型号相匹配的内置软件，可以读取电动自行车性能数据，然后再对照故障码和根据经验，可以知道电动自行车各系统的工作情况，准确地判断故障所在和具体故障情况，为快速排除故障提供了强大的技术保障。

行驶智能化包括无线充电、剩余里程估算、自动识别避障和智能语音系统等。

无线充电

无线充电的原理是利用电磁线圈的磁场变化来传递能量。无线充电既可以在静止时充电，还可以在行驶中充电。无线充电技术在电动自行车中尚未应用，但该技术可以使其摆脱对固定充电座的束缚，避免因充电器原因导致车辆自燃。

2013年，国家轻型电动车及电池产品质检中心、江南大学、雅迪公司联合研制电动车磁耦合谐振式无线技术，并申报专利。

剩余里程估算

现有电动自行车无法估算剩余里程。剩余里程估算技术运用大数据技术：借助网络，收集天气、路况、道路类型、道路等级等多种不同数据，并通过大数据技术对其进行整理分析，最终得到精度较高的剩余里程估算值。目前，美国北卡罗莱纳州立大学正在研究该技术。

自动识别避障

自动识别避障技术，应用距离传感器和图像识别模块，采集电动自行车行驶安全状态，根据电动自行车行驶安全等级相应作出应急处置——减速。近年来，电动自行车交通事故频发，自动识别避障技术在电动自行车上的应用将大大降低事故率和减轻人身伤亡程度。

智能语音系统

智能语音系统通过捕获音频信号，将其识别为代码和文字,并执行相应的操作。目前，智能语音系统已在手机、智能家居上应用，未来也能够在电动自行车上应用。

结语：

在科技创新的推动下，电动自行车新技术、新工艺不断涌现，生产方式和经营管理模式也正经历变革，产品不断提质、升级。中国已成为全球最大的电动自行车生产国、消费国和出口国。作为在体制和市场夹缝中发展起来的一个产业，电动自行车产业从兴起到成熟，历经激烈竞争的洗礼，其科技创新过程不容忽视。作为一个“草根”行业，只有把科技创新摆在优化产业结构的核心位置，进一步完善技术能力，才能有效引领产业发展。我们有理由预期，电动自行车产业的发展将成为中国新能源革命的支点，成为推动中国创新型社会建设的重要力量。